Nella fisica contemporanea, la gravità rimane uno dei fenomeni più misteriosi e difficili da comprendere. La relatività generale, che descrive l'interazione gravitazionale, e la meccanica quantistica, che descrive tutte le altre forze fondamentali, non sono in una relazione semplice l'una con l'altra. Questo fatto costituisce uno dei maggiori ostacoli verso la formulazione di una teoria capace di descrivere tutti i fenomeni fisici entro uno stesso quadro.

Anche da un punto di vista sperimentale, la forza di gravità risulta molto difficile da studiare: essa è tra tutte di gran lunga la più debole e quindi assai complicata da misurare con precisione. Ciò dipende dal basso valore della costante di gravitazione universale (di solito indicata con la lettera G), la quale connette la forza che intercorre tra due corpi con il prodotto delle loro masse M₁,M₂ e l'inverso del quadrato della distanza, relazione nota come legge di Newton:

Inoltre, il campo gravitazionale non può essere schermato come si fa con i campi elettrici e magnetici e quindi negli esperimenti si deve misurare un effetto molto piccolo in presenza di disturbi esterni.

Non sorprende quindi che G sia, tra le costanti fondamentali, quella conosciuta con la maggiore incertezza. Durante gli ultimi quarant'anni sono state eseguite oltre una dozzina di misure indipendenti, ma i risultati ottenuti hanno mostrato una variabilità molto più alta di quanto atteso dall'analisi statistica. Conseguentemente, i valori di G suggeriti negli ultimi 12 anni dalla commissione per i dati scientifici e tecnologici (CODATA) hanno spesso presentato un'incertezza relativa intorno a 100 ppm (parti per milione), a fronte di singole misure aventi incertezze di soli 10-20 ppm.

Dato che le variazioni temporali di G sono per ora state escluse dagli esperimenti, sembra essere chiaro che l'origine delle discrepanze sia puramente di tipo sperimentale. Infatti è importante sottolineare come G sia priva di relazioni con tutte le altre costanti fisiche, rendendo impossibile una sua derivazione da altre quantità più semplici da misurare. Il valore di G può quindi essere dedotto solo attraverso misure dirette di gravità.

Storicamente, il metodo più usato consiste nel controbilanciare la forza di gravità esistente tra due oggetti massivi attraverso una forza elastica. La bilancia di torsione è lo strumento principe utilizzato in questa tipologia di misure. Essa è costituita da una fibra atta a sospendere un'asta avente due piccole masse sferiche attaccate ad ogni estremità. In seguito, attraverso l'uso di altre due masse più grandi (dette masse sorgenti) poste in prossimità di quelle piccole, si indurrà una forza torcente che andrà a ruotare l'asta. Misurando l'angolo di rotazione e conoscendo la costante elastica della fibra sarà quindi possibile ricavare il valore di G. Questo metodo, utilizzato per la prima volta da Henry Cavendish nel lontano 1798, è ancora oggi alla base di numerosi esperimenti. Le moderne bilance di torsione, pur avendo poco a che fare con l'apparato originale di Cavendish per via del lavoro di perfezionamento degli strumenti nei secoli, si basano sostanzialmente sullo stesso principio, il cui principale limite risiede nella difficoltà di controllare opportunamente il comportamentio non ideale della sonda di misura (ad esempio le anamornicità della fibra di torsione).

Un altro approccio di più recente ideazione è quello basato sull'uso come sonda di atomi in caduta libera. Infatti, misurando accuratamente il moto degli atomi sotto l'effetto di masse sorgenti note sarà possibile ricavare il valore di G.

A partire dagli anni 2000, il rapido sviluppo delle tecnologie quantistiche basate su atomi ultrafreddi ha portato alla ribalta nuovi metodi per misure accurate di effetti inerziali. L'interferometria atomica, sfruttando le caratteristiche ondulatorie dei gas atomici raffreddati a temperature prossime allo zero assoluto, ha dimostrato di essere uno strumento estremamente efficace per la misura di accelerazioni e gradienti di gravità. Così come in un interferometro ottico un’onda luminosa viene separata e ricombinata per osservare le frange di interferenza, anche gli atomi nelle suddette condizioni possono essere trattati come onde. Si possono allora “dividere” in più parti che si propagano separatamente e che vengono riflesse e ricombinate, osservando delle “figure” di interferenza atomica. In particolare, se gli atomi sono lasciati in caduta libera, tale interferenza darà informazioni sul valore di accelerazione di gravità locale. Oltretutto un atomo costituisce una sonda molto piccola, in pratica puntiforme, facile da modellizzare e quindi ideale per misure di G in caduta.

Con questa tecnica, nel 2014 è stata ottenuta a Firenze la prima misura di precisione nell'ambito dell'esperimento INFN MAGIA (Misura Accurata di G mediante Interferometria Atomica). L'importanza di questo risultato risiede nel fatto che per la prima volta è stata utilizzata una sonda microscopica descritta dalla fisica quantistica. Questa determinazione, ha un'incertezza di 150 ppm ma nuovi esperimenti sono in programma al fine di migliorare l'accuratezza verso 10 ppm, con l'obiettivo di fare luce sul reale valore di questa costante così importante ma così difficile da misurare. Proprio per realizzare una nuova misura di G, Gabriele Rosi ha recentemente ottenuto un finanziamento dall'European Research Council.